起重机臂架的非线性稳定性分析

论文摘要

随着工程建设发展的需要,起重机越来越向着大型、高耸、轻柔化、格构式方向发展。由于高强度钢材的大量采用,提高了结构的强度,却使格构式压杆的刚度和稳定性问题日益明显。复杂格构式臂架的稳定性分析已成为大型起重机设计计算的难点。由于履带起重机臂架系统为空间格构式结构,利用传统的数学模型和力学方法已经很难对其稳定性进行准确的校核。因此,必须寻求起重机臂架稳定性的合理分析方法,实现准确计算。针对上述存在的现实问题,本文以某160吨样机为例,在分析起重机臂架的结构特点的基础上,建立臂架的力学模型,并用此模型对臂架的强度和压杆稳定性进行分析,强度和稳定性的最大应力分别432.24MPa和509.7MPa,都小于许用应力510.4MPa,满足强度和压杆稳定性要求,为有限元软件分析提供了参考依据。其次在有限元软件ANSYS中建立了臂架的有限元模型,并对其进行了静态分析,最大应力是430.291MPa,继而进行特征值屈曲分析,以特征值屈曲模态形状作为非线性屈曲分析的初始缺陷,对臂架进行非线性屈曲分析,最大应力是503,828MPa,满足压杆的强度和稳定性要求。将有限元计算结果与起重机设计规范中的公式计算结果进行比较,误差都在2%以下,验证了有限元分析结果的正确性；并分析臂架偏摆力,回转惯性力和风载荷因素对臂架非线性稳定性的影响,由于臂架偏摆力所产生的应力占总应力的32%所以偏摆力是导致臂架失稳的主要因素,在不影响起重机效率的前提下,适当减小回转时的速度和加速度可以提高起重机变截面臂架的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 履带起重机概述
• 1.1.2 履带起重机的发展概况
• 1.1.3 国内外非线性稳定性方面研究的现状
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2.1 课题研究的目的
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 稳定性理论介绍
• 2.1 臂架受力分析
• 2.1.1 变幅平面内力计算
• 2.1.2 回转平面内力计算
• 2.1.3 抗弯模量的计算
• 2.2 臂架强度计算
• 2.3 臂架稳定性计算
• 2.3.1 臂架的欧拉临界力计算
• 2.3.2 臂架整体稳定性计算
• 2.4 特征值屈曲的理论基础
• 2.4.1 线性稳定性分析
• 2.4.2 非线性稳定性分析
• 2.5 几何非线性有限元法
• 2.5.1 大变形的应变和应力
• 2.5.2 几何非线性有限元方程
• 2.5.3 有限元方程的求解
• 2.6 小结
• 第3章 臂架的有限元模型
• 3.1 臂架的组合方式
• 3.2 有限元模型前处理
• 3.2.1 履带起重机的载荷组合
• 3.2.2 起重机臂架的载荷
• 3.2.3 边界约束条件
• 3.2.4 单元选择
• 3.2.5 单元连接
• 3.2.6 臂架有限元模型的建立
• 3.3 求解和后处理
• 3.3.1 求解
• 3.3.2 后处理
• 3.4 小结
• 第4章 臂架稳定性的公程计算
• 4.1 载荷计算
• 4.2 弯矩计算
• 4.3 臂架结构强度计算
• 4.4 臂架整体稳定性计算
• 4.4.1 轴心受压稳定系数的确定
• 4.4.2 名义欧拉临界力的计算
• 4.4.3 稳定性计算
• 4.5 小结
• 第5章 臂架稳定性的ANSYS计算
• 5.1 起重机臂架的稳定性分析
• 5.1.1 静态分析
• 5.1.2 线性特征值屈曲分析
• 5.1.3 非线性前屈曲分析
• 5.2 结果对比
• 5.3 臂架稳定性影响因素分析
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢